JP2008508665A - High resolution cathode structure - Google Patents
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Abstract
本発明は、陰極を形成している第1下部金属被膜層(20)と、電気絶縁層と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層(10、12)と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部(21)と、前記開口部内に配置された電子放出手段(22)のラインとを備え、前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行であることを特徴とするロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体に関する。The present invention includes a first lower metal coating layer (20) forming a cathode, an electrical insulating layer, a second upper metal coating layer (10, 12) forming a take-out grid, and the second metal. An opening (21) formed in the coating layer and the electrical insulating layer, and a line of electron emission means (22) disposed in the opening, the line being parallel to the row direction of the screen The present invention relates to a triode-type cathode structure of FED screens arranged in rows and columns.
Description
本発明は放出陰極の分野及びそのスクリーン製造方法への応用に係り、特にカーボンナノチューブに基づいたスクリーン製造方法への応用に関する。 The present invention relates to the field of emission cathodes and their application to screen manufacturing methods, and more particularly to application to screen manufacturing methods based on carbon nanotubes.
スクリーンの解像度は、そのスクリーンの表示性能に影響を与える重要な要素であり、その装置を用いることができる応用の種類にも部分的に影響を及ぼす。 Screen resolution is an important factor affecting the display performance of the screen, and in part affects the types of applications in which the device can be used.
更に、所定の解像度における製造のし易さは、製造コストに影響を与える重要な要素である。 Furthermore, the ease of manufacturing at a given resolution is an important factor affecting the manufacturing cost.
カーボンナノチューブに基づいたFEDスクリーンは、幾何学的配置についてかなり大きな公差を有する陰極構造を用いており、その製造コストの安さに貢献している。 FED screens based on carbon nanotubes use a cathode structure that has a fairly large tolerance in geometry, contributing to its low manufacturing cost.
FEDスクリーンはロウ及びコラムから成り、ロウとコラムの交点はピクセルを定義する。表示されるデータはコラムに同時に伝えられる。それぞれのロウは順々に走査されて、スクリーン全体がアドレスされる。 An FED screen consists of rows and columns, and the intersection of rows and columns defines a pixel. The displayed data is transmitted to the column at the same time. Each row is scanned in turn and the entire screen is addressed.
特許文献1に記載の三極管型陰極構造1が、図1A及び1Bに示されており、
‐ スクリーンのコラム方向に配置された陰極を形成する第1金属被膜層4(この第1層(下部層)は、放出の一様性を改善する例えばシリコンから形成された任意の抵抗層2を支持する。)と、
‐ 抵抗層と第2金属被膜層10との間の絶縁体6(例えばシリカ)と、
を備える。
A triode-type cathode structure 1 described in Patent Document 1 is shown in FIGS. 1A and 1B.
A first metal coating layer 4 forming a cathode arranged in the column direction of the screen (this first layer (lower layer) improves the uniformity of the emission, for example an optional resistive layer 2 made of silicon) Support).
An insulator 6 (eg silica) between the resistance layer and the second
Is provided.
この金属被膜層10(上部層)は、電子を取り出すスクリーン制御グリッドに対応する。このグリッドはスクリーンのコラム方向に配置されている。 This metal coating layer 10 (upper layer) corresponds to a screen control grid for extracting electrons. This grid is arranged in the column direction of the screen.
グリッド導線12はグリッド10と同じレベルに配置されており、グリッド同士を接続し、また、スクリーンのロウ方向に配置されたメイングリッド導線11にグリッドを接続する。同様に、陰極4と同じレベル上の陰極導線13は陰極同士を接続する(図1B)。
The
例えばカーボンナノチューブ14等の放出手段は、溝16内の抵抗層上に配置されている。この溝16は、グリッド及び絶縁層6内に形成された開口部である。
For example, the emission means such as the
典型的には、図1Aに示すように、溝16の幅は略15μmであり、グリッドは25μmのオーダーのピッチで配置されている。
Typically, as shown in FIG. 1A, the width of the
図1Bに示すように、溝16は、スクリーンのコラム方向に配置されており、グリッド10及び陰極4と同じである。
As shown in FIG. 1B, the
放出電子ビームの発散により、陽極上に位置するリンの領域についての重なり部分δが決まる(図2)。スクリーンの解像度を決定するカラーピッチPは一般的に、ロウ方向の二重の重なり部分である。特に、有色のリンがコラムに平行なストリップ内に配置された場合に、このようになる。 Due to the divergence of the emitted electron beam, the overlap portion δ for the phosphorus region located on the anode is determined (FIG. 2). The color pitch P that determines the screen resolution is generally a double overlapping portion in the row direction. This is especially the case when colored phosphorus is placed in a strip parallel to the column.
図1A及び1Bに示す構造の場合には、陽極と陰極との距離が1mmで、陽極の電圧が3kVの場合で、この重なり部分は一般的に240μmのオーダーとなり、1.4mmのカラーピクセルとなる。 In the case of the structure shown in FIGS. 1A and 1B, when the distance between the anode and the cathode is 1 mm and the voltage of the anode is 3 kV, this overlapping portion is generally on the order of 240 μm, and the color pixel of 1.4 mm Become.
このような解像度は巨大スクリーンに対しては適用可能であるが、例えば対角線が50cmの高解像度スクリーン(1000ライン)に用いるのには支障がある。 Such a resolution can be applied to a large screen, but there is a problem in using it for a high resolution screen (1000 lines) having a diagonal line of 50 cm, for example.
従って、図1Aに示すような陰極本来の単純さを維持しながらも、解像度を改善することが可能な新規スクリーン構造を見つけ出すことが課題である。 Therefore, it is a problem to find a new screen structure capable of improving the resolution while maintaining the original simplicity of the cathode as shown in FIG. 1A.
本発明は第一に、陰極を形成している第1下部金属被膜層と、電気絶縁層と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部と、前記開口部内に配置された電子放出手段のラインとを備え、前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行であるロウ及びコラム状に配置またはアドレスされたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体に関する。 The present invention firstly includes a first lower metal coating layer forming a cathode, an electrically insulating layer, a second upper metal coating layer forming a take-out grid, the second metal coating layer, An FED having an opening formed in an electrical insulating layer and a line of electron emission means disposed in the opening, the lines being arranged or addressed in rows and columns parallel to the row direction of the screen The present invention relates to a triode-type cathode structure for a screen.
本発明によると、周知の構造と比較して、構造が90°回転されている。言い換えると、放出手段が配置される溝がラインの方向に平行になっている。 According to the invention, the structure is rotated 90 ° compared to the known structure. In other words, the groove in which the discharge means is arranged is parallel to the direction of the line.
結果として、ビームの重なり部分が顕著に改善される。 As a result, the beam overlap is significantly improved.
平行なロウまたはグリッドは、グリッドの方向に垂直な方向に発散する場の構造を生成することに寄与する。 Parallel rows or grids contribute to creating a field structure that diverges in a direction perpendicular to the direction of the grid.
一方、グリッドを形成するロウに平行な電場の成分は実質的にゼロである。 On the other hand, the electric field component parallel to the rows forming the grid is substantially zero.
従って、本発明はまた、陰極を形成している第1下部金属被膜層と、電気絶縁層と、取り出しグリッドを形成している第2上部金属被膜層と、前記第2金属被膜層内と前記電気絶縁層内に形成された開口部と、ロウ方向の導線とを備え、前記開口部は前記取り出しグリッド及び前記ロウ方向の導線に平行に配置されているロウ及びコラム状に配置またはアドレスされたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体に関する。 Accordingly, the present invention also provides a first lower metal coating layer forming a cathode, an electrically insulating layer, a second upper metal coating layer forming a take-out grid, the second metal coating layer, An opening formed in the electrically insulating layer and a row-direction lead wire, the opening portion being arranged or addressed in a row and column shape arranged in parallel to the lead-out grid and the row-direction lead wire The present invention relates to a triode-type cathode structure of an FED screen.
開口部は、ロウ方向に平行な一つ以上の溝を含んでいてもよい。 The opening may include one or more grooves parallel to the row direction.
ロウ及びコラムはピクセルを定義する。グリッドは、スクリーン上のロウ方向に平行なバンドの形状をしていてもよく、ピクセルのそれぞれにおいて少なくとも一つのグリッド導線を介して互いに接続されていてもよい。 Rows and columns define pixels. The grid may be in the form of a band parallel to the row direction on the screen and may be connected to each other via at least one grid conductor in each pixel.
グリッドはグリッド導線によって接続されていてもよく、近接する導線のペアはそれぞれ側方向に対してピクセルを区切る。 The grid may be connected by grid conductors, and adjacent pairs of conductors each separate a pixel in the lateral direction.
グリッドはグリッド導線によって接続されていてもよく、グリッド導線のそれぞれは、コラム方向のピクセルの対称軸上に配置されている。 The grids may be connected by grid conductors, each grid conductor being arranged on the axis of symmetry of the pixels in the column direction.
グリッド導線が同じライン上の二つの近接する電子放出手段の間を通過するようになっていてもよく、同じライオン上の電子放出手段の任意のペアに対してこのようになっていてもよい。 The grid conductors may be passed between two adjacent electron emitting means on the same line, and this may be the case for any pair of electron emitting means on the same lion.
グリッドはグリッド導線によって接続されており、複数の前記グリッド導線が前記ピクセルのそれぞれのコラム方向に配置されていてもよい。 The grids may be connected by grid conductors, and a plurality of the grid conductors may be arranged in the respective column directions of the pixels.
好ましくは、この場合、ピクセルは側方のグリッド導線を有しておらず、側方の導線による電気的な乱れが排除されるようになっている。 Preferably, in this case, the pixel does not have a lateral grid conductor so that electrical disturbances due to the lateral conductor are eliminated.
電子放出手段は炭素またはシリコンから成るナノチューブまたはナノファイバに基づいていることが好ましい。 The electron emission means are preferably based on nanotubes or nanofibers made of carbon or silicon.
本発明は更に、
‐ 第1下部金属被膜層に陰極を形成する段階と、
‐ 電気絶縁層と、第2上部金属被膜層を形成する段階と、
‐ 前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層に開口部を形成する段階と、
‐ 前記開口部に配置された電子放出手段のラインを形成する段階とを備え、
前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行である、
ロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体の製造方法に関する。
The present invention further includes
-Forming a cathode in the first lower metal coating layer;
-Forming an electrical insulating layer and a second upper metal coating layer;
-Forming an opening in the second metal coating layer and the electrically insulating layer;
-Forming a line of electron emission means arranged in the opening,
The line is parallel to the row direction of the screen,
The present invention relates to a method for manufacturing a triode-type cathode structure of FED screens arranged in rows and columns.
前記方法は、前記第1金属被膜層上に抵抗層を形成する段階を備えてもよい。 The method may include forming a resistance layer on the first metal coating layer.
前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層をエッチングして前記開口部を形成することができる。 The opening can be formed by etching the second metal coating layer and the electrical insulating layer.
触媒のパッドを前記開口部内に蒸着することができ、前記電子放出手段は前記パッド上に生成されている。 A catalyst pad can be deposited in the opening, and the electron emission means is generated on the pad.
前記電子放出手段は、例えばCVD法を用いて形成された炭素またはシリコンから成るナノチューブまたはナノファイバを備えることができる。 The electron emission means may include a nanotube or nanofiber made of carbon or silicon formed by using, for example, a CVD method.
変形例としては、前記電子放出手段を前記開口部の底面に加えることができる。 As a modification, the electron emission means can be added to the bottom surface of the opening.
本発明による構造の第1実施例が図3に図示されており、放出装置のピクセルが示されている。これは単色ピクセルであり、カラーピクセル(カラーピクセルは3つの単色ピクセルを備え、1つは赤用、1つは緑用、1つは青用である)のサブピクセルとも称する。 A first embodiment of a structure according to the present invention is illustrated in FIG. This is a monochromatic pixel and is also referred to as a subpixel of a color pixel (the color pixel comprises three monochromatic pixels, one for red, one for green and one for blue).
本構造の基本的な要素(第1金属被膜層、抵抗層、絶縁体等)は、図1Aの構造の場合と同様にして得られる。 Basic elements of this structure (first metal coating layer, resistance layer, insulator, etc.) are obtained in the same manner as in the structure of FIG. 1A.
即ち、本発明による装置もまた、
‐ スクリーンの陰極を形成する第1金属被膜層4(下部層)と、
‐ 陰極4上に支持され、放出の一様性を改善する抵抗層2(例えば、この層はシリコンから成る)と、
‐ 制御グリッド10を形成するために用いられる第2金属被膜層10と抵抗層2との間の絶縁体6と、
を備える。
That is, the device according to the present invention is also
-A first metal coating layer 4 (lower layer) that forms the cathode of the screen;
A resistive layer 2 supported on the cathode 4 and improving the uniformity of the emission (eg this layer is made of silicon);
An insulator 6 between the second
Is provided.
組み立てにより、陽極(図1Aに示さず)を備えた三極管型構造が形成される。 The assembly forms a triode structure with an anode (not shown in FIG. 1A).
しかしながら、図1Bの場合とは異なり、放出手段(この場合はナノチューブ)が配置された溝21は、グリッド10及び陰極4と同様に、スクリーンのロウ方向に平行に配置されている。
However, unlike the case of FIG. 1B, the
グリッド10は、(この場合、コラム方向に配置された)グリッド導線12を介して互いに接続され、また、ロウ方向を向いたままであるメインのグリッド導線11に接続されている。陰極は、下部金属被膜層(図1Aの層4)により形成され、コラム方向に配置された陰極導線20により互いに接続されている。
The
図3に示すピクセルは、メイングリッド配線11に平行でありグリッド10により離隔された3個の溝を有する。
The pixel shown in FIG. 3 has three grooves parallel to the
より一般的には、ピクセルはn個の溝を有し、ロウ方向に配置された導線によって互いに離隔されている。 More generally, a pixel has n grooves and is separated from each other by wires arranged in the row direction.
溝21には、電子放出素子のパッドあるいはアイランド22が備わっており、スクリーンのロウ方向に沿って配置されている。
The
放出素子は、抵抗層2を介して陰極4に電気的に接続されているが、基板の表面全体を覆って形成された金属層を介して接続されてもよい。 The emitting element is electrically connected to the cathode 4 via the resistance layer 2, but may be connected via a metal layer formed so as to cover the entire surface of the substrate.
グリッドは溝と同じ方向に配置されていて、グリッド導線に平行である。 The grid is arranged in the same direction as the grooves and is parallel to the grid conductors.
放出素子または手段をロウ方向に平行なラインに配置することにより、ビームの重なり部分が顕著に改善される。 By arranging the emitting elements or means in a line parallel to the row direction, the overlap of the beams is significantly improved.
スクリーン上のロウ方向に平行に配置されたグリッド10は、グリッドの方向に垂直な方向(従ってロウに垂直な方向)に発散する場の構造を形成することに寄与する。
The
他方、グリッドに平行な(従ってラインに平行な)電場の成分は実質的にゼロである。 On the other hand, the component of the electric field parallel to the grid (and thus parallel to the line) is substantially zero.
グリッド10が無限に長いと仮定すると、対称性により、この成分は完全にゼロになる。
Assuming the
しかしながら、それぞれの溝の端部に配置された放出手段は、グリッドに接続されているグリッド導線12のせいで、発散する場の成分の影響下に置かれる。
However, the emission means arranged at the end of each groove are placed under the influence of the diverging field components because of the
こうした状況は、図4A〜5Bに示すピクセルの構造を用いることによって改善することが可能である。 Such a situation can be improved by using the pixel structure shown in FIGS.
これらの図面の場合では、側方のグリッド導線12は削除されており、1本の中央グリッド導線31(図4A、4B)や複数の中央グリッド配線41(図5A、5B)に置き換えられている。
In these drawings, the
グリッド10は、図4A及び5Aに示すように、側方のグリッド導線12が占めていた場所で停止するか、図4B及び5Bに示すように、側方のグリッド導線12が占めていた位置の上まで延長されている。
The
従って、それぞれのピクセルに対して、側方のグリッド導線12を削除することができる。また、これにより、側方の導線によって引き起こされる電気的な乱れが排除される。
Thus, the
中央グリッド配線31、41によって引き起こされる発散現象は、乱れが少ないものになっている。何故ならば、(図3に示すような近接するピクセルに乱れを生じさせ得る側方のグリッド導線12とは異なり、)単一のピクセル内でのみ効果を有するものだからである。 The divergence phenomenon caused by the central grid wirings 31 and 41 is less disturbed. This is because it has an effect only within a single pixel (unlike the side grid leads 12 which can cause disturbances in adjacent pixels as shown in FIG. 3).
更に、陰極導線20は、0Vでピクセルの端部に配置されており、電子をピクセルの内部に向けて集中させる。従って、図4A、4B及び5A、5Bの構成は、図3の構成よりも好適なものとなっている。
Further, the
図5A及び5Bの変形例は、複数の中央グリッド導線41を備えている。この二つの中央導線41が与える重複性により、図4A及び4Bの中央導線31におけるカットオフの問題を許容できるようになっている。
The modification of FIGS. 5A and 5B includes a plurality of
これらの実施例においては、ピクセルは、スクリーン上のロウ方向に配置されたグリッドによって互いに離隔されたn本の平行な溝を有している。また、それぞれのラインも、グリッドに接続されスクリーンのコラム方向に配置されたグリッド導線31、41によって、二つ(図4A、4B)またはそれ以上(図5A、5B)の部分に離隔されている。グリッド導線が、同じラインまたは溝の二つの近接する放出素子のパッドまたはアイランドの間を通過するようにすることも可能であり、それぞれのラインまたは溝に対して可能である。
In these embodiments, the pixel has n parallel grooves separated from each other by a grid arranged in the row direction on the screen. Each line is also separated into two (FIGS. 4A, 4B) or more (FIGS. 5A, 5B) by
図6Aは従来技術によるサブピクセルの構造を示しており、4本のグリッドのロウと、グリッドの間に配置された3本のナノチューブのラインを有している。コラム方向は、図面上部の矢印によって示されている。 FIG. 6A shows a sub-pixel structure according to the prior art, with four grid rows and three nanotube lines arranged between the grids. The column direction is indicated by an arrow at the top of the drawing.
パッドのサイズは5μm×10μmであり、溝の幅は15μmであり、サブピクセルの全幅Lは72μmである。 The size of the pad is 5 μm × 10 μm, the width of the groove is 15 μm, and the total width L of the subpixel is 72 μm.
この構造に対して、陽極と陰極との距離が1mmで陽極の電圧が3kVの場合には、ロウ方向の側方の重なり部分δは240μmであると測定された。 For this structure, when the distance between the anode and the cathode was 1 mm and the anode voltage was 3 kV, the lateral overlap δ was measured to be 240 μm.
図6Bは本発明による構造の一部分を示す。ナノチューブの溝は向きが変えられて、スクリーンのコラム方向に垂直に、つまりスクリーンのロウ方向に配置されている。 FIG. 6B shows a part of the structure according to the invention. The nanotube grooves are turned and arranged perpendicular to the column direction of the screen, that is, in the row direction of the screen.
サブピクセルは、24μmのピッチ(図面においてピッチPで示す)で配置された12本の平行の溝(全ては図示せず)を有する。それぞれの溝は、5μm×10μmのナノチューブのパッドを3個有する。この条件下では、3kVの陽極の電圧で陽極と陰極との距離が1mmの場合に対して、コラム方向の側方の重なり部分は150μmにまで小さくなる。 The subpixel has 12 parallel grooves (all not shown) arranged at a pitch of 24 μm (indicated by pitch P in the drawing). Each groove has three 5 μm × 10 μm nanotube pads. Under this condition, the overlapping portion on the side in the column direction becomes as small as 150 μm as compared with the case where the distance between the anode and the cathode is 1 mm at an anode voltage of 3 kV.
用いられる実施例に関係なく、本発明による装置は、真空蒸着法やフォトリソグラフィを用いて形成することができる。 Regardless of the embodiment used, the device according to the invention can be formed using vacuum deposition or photolithography.
例えば、陰極の導電体は、例えばモリブデン、クロム、ニオブやTiW等の導電材料を蒸着することによって得られる。その後、この材料はバンドに沿ってエッチングされて、スクリーン上のロウ方向に沿って配置された陰極、及び、陰極を接続する導電素子が形成される。 For example, the cathode conductor can be obtained by evaporating a conductive material such as molybdenum, chromium, niobium or TiW. The material is then etched along the band to form a cathode disposed along the row direction on the screen and a conductive element connecting the cathode.
その後、例えばシリコンから成る抵抗層等の蒸着が行われる。また、例えばシリカから成る絶縁層の蒸着が行われ、最終的に、電子を取り出すグリッドを形成する金属層が蒸着される。 Thereafter, vapor deposition of a resistance layer made of, for example, silicon is performed. Also, an insulating layer made of, for example, silica is deposited, and finally a metal layer that forms a grid for taking out electrons is deposited.
その後、金属層及び絶縁層はエッチングされて、取り出しグリッドと同じようにスクリーンのロウ方向に沿って配置されるトレンチまたは溝が形成される。 Thereafter, the metal layer and the insulating layer are etched to form trenches or grooves that are arranged along the row direction of the screen in the same manner as the extraction grid.
電子放出材料の生成に適応される触媒パッド(ナノチューブを生成するためのNi、Co、Fe、Mo、Pt、やこれらの材料の合金)が、“リフトオフ”法によって溝の底面に蒸着される。この触媒は、例えばTiNから成るバリア層上に配置されてもよい。 A catalyst pad (Ni, Co, Fe, Mo, Pt, or an alloy of these materials to produce nanotubes) adapted for the production of electron emitting material is deposited on the bottom of the groove by a “lift-off” method. The catalyst may be disposed on a barrier layer made of, for example, TiN.
カーボンナノチューブを用いる場合には、熱CVD法を用いて形成することが可能であり、例えば、150mTorrのオーダーの圧力でアセチレンが用いられる。 When carbon nanotubes are used, they can be formed using a thermal CVD method. For example, acetylene is used at a pressure on the order of 150 mTorr.
変形例としては、ナノチューブまたはより一般的な電子放出装置が、溝の底面に加えられる。 As a variant, nanotubes or more general electron-emitting devices are added to the bottom of the groove.
本発明による装置の一つは、スクリーン、特にFED型スクリーンに関連し、本発明による上述のような陰極装置または構造を有する。このようなスクリーンの対角線は、例えば50cmである。 One of the devices according to the invention relates to a screen, in particular an FED type screen, and has a cathode device or structure as described above according to the invention. The diagonal line of such a screen is 50 cm, for example.
1 三極管型陰極構造
2 抵抗層
4 陰極
6 絶縁体
10 グリッド
11 メイングリッド導線
12 グリッド導線
13,20 陰極導線
14,22 放出手段
16,21 溝
31,41 中央グリッド導線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Triode type cathode structure 2 Resistance layer 4 Cathode 6
Claims (30)
‐ 電気絶縁層(6)と、第2上部金属被膜層を形成する段階と、
‐ 前記第2金属被膜層及び前記電気絶縁層に開口部を形成して、前記第2金属被膜層内にグリッドを形成する段階と、
‐ 前記開口部に配置された電子放出手段のラインを形成する段階とを備え、
前記ラインはスクリーンのロウ方向に平行である、
ロウ及びコラム状に配置されたFEDスクリーンの三極管型陰極構造体の製造方法。 -Forming a cathode (4, 20) in the first lower metal coating layer;
-Forming an electrical insulating layer (6) and a second upper metal coating layer;
-Forming openings in the second metal coating layer and the electrically insulating layer to form a grid in the second metal coating layer;
-Forming a line of electron emission means arranged in the opening,
The line is parallel to the row direction of the screen,
A method of manufacturing a triode-type cathode structure of FED screens arranged in rows and columns.
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